Caractérisation d’un module MKK3 impliqué dans la régulation de la dormance chez Arabidopsis thaliana

Characterization of an MKK3 module involved in the regulation of seed dormancy in Arabidopsis thaliana

• Auteur / Autrice : Sarah Regnard
• Direction : Jean Colcombet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie moléculaire et cellulaire
• Date : Soutenance le 10/03/2023
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Structure et dynamique des systèmes vivants (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences des plantes de Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université d'Évry-Val-d'Essonne (1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Life Sciences and Health (2020-….)
• Jury : Président / Présidente : Cécile Raynaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Baudouin, Julia Buitink, Anne-Sophie Fiorucci, Heribert Hirt
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Baudouin, Julia Buitink

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système de signalisation des MAP kinases

Germination

Arabidopsis thaliana

Dormance

Mots clés libres

Cascade MAPK

Dormance

Arabidopsis thaliana

Graine

MAPK module

Dormancy

Arabidopsis thaliana

Seed

Résumé

La dormance des graines est un programme génétique permettant de maximiser la survie de la future plantule en choisissant le moment approprié pour sa germination. Il consiste en un blocage momentané et réversible de la germination, même quand les conditions sont favorables. La dormance primaire est établie lors de la maturation de la graine alors que la dormance secondaire est mise en place, après dispersion, au sein de graines matures et à la suite d'une exposition à des facteurs environnementaux défavorables. Ces deux dormances sont levées au cours du temps ou en réponse à des facteurs environnementaux comme le nitrate, la lumière ou le froid. Le but de ma thèse a consisté à caractériser un module MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase) intervenant dans la régulation de la dormance chez Arabidopsis thaliana. Un module MAPK est composé de MAP3Ks, MAP2Ks et MAPKs qui s'activent par phosphorylations successives.Dans le cas de la graine, le module que j'ai caractérisé, implique MAP3K13/14/19/20, MKK3 et des MAPKs du clade-C, dont MPK7. J'ai montré que les graines mutantes de ce module acquéraient plus rapidement de la dormance secondaire que les graines sauvages et que cette dormance était peu sensible au nitrate. J'ai également montré que MPK7 était fortement activée dans la graine au cours de la levée de dormance, notamment en réponse à la lumière et au nitrate. Cette activation est très réduite chez le mutant map3k19/20 et chez mkk3. Enfin, des mesures d'expressions des gènes codant pour les MAP3Ks dans ces mêmes conditions m'ont permis de mettre en évidence le fait que MAP3K19 et MAP3K20 étaient régulées transcriptionnellement par la combinaison de nitrate et la lumière, alors que MAP3K13 et MAP3K14 semblaient uniquement régulées par le nitrate. Enfin, j'ai montré que le module n'était pas régulé, et ne régulait apparemment pas, la balance hormonale ABA/GA, un des mécanismes cruciaux du contrôle de la dormance de la graine.

Seed dormancy is a genetic program that maximizes the survival of the future seedling by choosing the appropriate time for germination. It consists of a momentary and reversible blockage of germination even when conditions are favorable. Primary dormancy is established during seed maturation while the secondary dormancy is set up on the free seed, following an exposure to unfavorable factors. Both dormancies are lifted over time or in response to environmental factors such as nitrate, light or cold. The aim of my thesis was to characterize a MAPK (Mitogen Activated Protein Kinase) module involved in the regulation of dormancy in Arabidopsis thaliana. A MAPK module is composed of MAP3Ks, MAP2Ks and MAPKs, activated by successive phosphorylation.The module I characterized involves MAP3K13/14/19/20, MKK3 and clade-C MAPKs, including MPK7. I showed that mutant seeds in this module acquired secondary dormancy more rapidly than wild-type seeds and that this dormancy was not very sensitive to nitrate. I also showed that MPK7 was strongly activated in the seed during dormancy release, especially in response to light and nitrate. This activation is greatly reduced in the map3k19/20 mutant and in mkk3. Finally, expression measurements of genes coding for MAP3Ks under these same conditions allowed me to show that MAP3K19 and MAP3K20 were transcriptionally regulated by nitrate and light in combination, whereas MAP3K13 and MAP3K14 seemed to be regulated only by nitrate. Finally, I showed that the module was not regulated, and apparently did not regulate, the ABA/GA hormone balance, one of the crucial mechanisms of seed dormancy control.